激光雷達(dá)掃描儀在倉儲(chǔ)物流機(jī)器人AGV導(dǎo)航避障領(lǐng)域中的應(yīng)用

激光雷達(dá)掃描儀（LiDAR / Laser Radar）是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。激光雷達(dá)以其分辨率高，隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng)，低空探測(cè)性能好，體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能倉儲(chǔ)物流堆垛機(jī)，智能機(jī)器人AGV導(dǎo)航避障。激光雷達(dá)的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)（目標(biāo)回波）與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

激光雷達(dá)的種類

簡(jiǎn)單來說，激光雷達(dá)的基礎(chǔ)功能是測(cè)量和掃描，基于大面積的測(cè)量和掃描，可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的地圖構(gòu)建與障礙物檢測(cè)從而進(jìn)行安全避障等。近幾年，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展以及成本的大幅下降，激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，如智能物流、自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同等。

在倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域，激光雷達(dá)主要應(yīng)用于類Kiva機(jī)器人、AGV、無人叉車等物流移動(dòng)機(jī)器人，起到導(dǎo)航與避障的作用。因此從功能上來看，激光雷達(dá)主要有兩大類。

1.導(dǎo)航型激光雷達(dá)

導(dǎo)航型激光雷達(dá)技術(shù)門檻相對(duì)較高，要求具有一定的精度及角分辨率（指成像系統(tǒng)或系統(tǒng)的一個(gè)部件的分辨能力），其主要作用是構(gòu)建地圖，在物流移動(dòng)機(jī)器人行走過程中通過實(shí)時(shí)掃描周圍環(huán)境，并與原來生成的地圖匹配確定物流移動(dòng)機(jī)器人的位置，幫助機(jī)器人按照指定路徑行走。導(dǎo)航型雷達(dá)通常安裝位置較高，如安裝于叉車AGV等設(shè)備的頂部等，也具備一定的遠(yuǎn)距離障礙物探測(cè)防撞功能，但由于安裝位置較高，避障功能有限。

上海興玄物聯(lián)科技基于TOF（時(shí)間飛行）技術(shù)研發(fā)的270°掃描激光雷達(dá)XT-L301因其小巧的體積，可以適應(yīng)對(duì)于空間要求高的安裝環(huán)境，例如小型機(jī)器人，AGV等更容易匹配。XT-L301激光雷達(dá)精度高，探測(cè)距離可達(dá)40米，每秒采樣86400點(diǎn)，分辨率更高，可以掃描到直徑2~3cm的立桿，輸出多種數(shù)據(jù)格式（可定制），廣泛適用于機(jī)器人導(dǎo)航，AGV路徑規(guī)劃，輪廓檢測(cè)和安防等領(lǐng)域。

2.避障型（安全防護(hù)型）激光雷達(dá)

通常安裝于物流移動(dòng)機(jī)器人車身四周（如車頭兩側(cè)），通過與車體聯(lián)動(dòng)，當(dāng)探測(cè)到障礙物時(shí)，系統(tǒng)可以控制物流移動(dòng)機(jī)器人減速或者停止，從而達(dá)到避障等安全防護(hù)的目的。此外，此類雷達(dá)也可以傾斜安裝在導(dǎo)航型雷達(dá)下面，其掃描探測(cè)區(qū)域可以形成斜切面，從而探測(cè)具有一定高度的物體。安全避障型雷達(dá)的技術(shù)門檻總體低于導(dǎo)航型雷達(dá)，但其對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別能力要求比較高。

上海興玄物聯(lián)科技相關(guān)負(fù)責(zé)人補(bǔ)充介紹稱，從具體產(chǎn)品類別上來看，又可以分為機(jī)械式激光雷達(dá)、混合固態(tài)激光雷達(dá)、純固態(tài)激光雷達(dá)等等，目前物流移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的主流產(chǎn)品主要是機(jī)械式激光雷達(dá)和混合固態(tài)激光雷達(dá)。例如，通常安裝于車身四周的激光雷達(dá)主要有2D單線機(jī)械式激光雷達(dá)、多線機(jī)械式和混合固態(tài)激光雷達(dá)兩類，其中后兩者可以實(shí)現(xiàn)無人叉車、AGV、物流移動(dòng)機(jī)器人的3D立體安全防護(hù)。

另據(jù)Robot機(jī)器人相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，激光雷達(dá)掃描儀搜集點(diǎn)云數(shù)據(jù)（包括點(diǎn)的距離和強(qiáng)度）后，還可以實(shí)現(xiàn)SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）導(dǎo)航。不過，由于激光雷達(dá)掃描光束受物體遮擋的原因，難以一次掃描獲取整個(gè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此需要從不同的位置和角度對(duì)物體進(jìn)行多次掃描。此外，機(jī)械式激光雷達(dá)還分為多線激光雷達(dá)和單線激光雷達(dá)，室內(nèi)物流移動(dòng)機(jī)器人多采用單線激光雷達(dá)，對(duì)于室外物流移動(dòng)機(jī)器人，如無人物流車，以及不同廠區(qū)間的重型轉(zhuǎn)運(yùn)AGV多采用多線激光雷達(dá)，并與GPS等設(shè)備配合使用，滿足不同場(chǎng)景需求。

解決方案豐富

隨著物流移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)和解決方案也越來越豐富。從供應(yīng)商來看，SICK、倍加福、基恩士、勞易測(cè)、Velodyne等國際知名品牌，以及科力、興玄物聯(lián)、XTLiDAR激光等一大批快速成長的國內(nèi)企業(yè)，均推出了豐富的產(chǎn)品及解決方案，助力該行業(yè)技術(shù)升級(jí)發(fā)展。

這一趨勢(shì)從近幾年的CeMAT ASIA展會(huì)上也得到凸顯，針對(duì)物流移動(dòng)機(jī)器人的激光雷達(dá)產(chǎn)品展示越來越多。今年，SICK在AGV上展示的導(dǎo)航類傳感器、防撞類傳感器和其他檢測(cè)類傳感器三大類傳感器共有20多種產(chǎn)品，其中激光雷達(dá)產(chǎn)品包括具有安全防撞、精準(zhǔn)導(dǎo)航等功能的nanoScan3安全激光掃描儀，以及可以實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景輪廓掃描的云平臺(tái)輪廓掃描系統(tǒng)以及安全防護(hù)解決方案等。

SICK 在 CeMAT ASIA 2021 展會(huì)上展示的應(yīng)用于 AGV 的激光雷達(dá)解決方案

隨著近幾年物流移動(dòng)機(jī)器人的快速發(fā)展，一大批激光雷達(dá)國產(chǎn)品牌也不斷成長，迅速壯大，推出了眾多高質(zhì)量產(chǎn)品。

例如，隸屬于山東省科學(xué)院的科力是中國光電安全保護(hù)裝置技術(shù)領(lǐng)域的代表性企業(yè)，已經(jīng)形成了LS2系列激光雷達(dá)、KLM型激光雷達(dá)、LSPDmini型安全激光掃描儀、LD系列單點(diǎn)激光雷達(dá)、LSE型激光雷達(dá)等較為全面的激光雷達(dá)產(chǎn)品系列。目前，科力已經(jīng)與國內(nèi)多家物流移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)形成了穩(wěn)定的合作。

興玄物聯(lián)科技作為國內(nèi)激光雷達(dá)后起之秀，在智慧物流領(lǐng)域主要提供工業(yè)級(jí)激光雷達(dá)、單線掃描激光雷達(dá)和3D成像激光雷達(dá)；以及提供基于激光雷達(dá)的AGV&無人叉車、移動(dòng)機(jī)器人、低速無人車等2D和3D智能化系統(tǒng)解決方案。公司代表性產(chǎn)品包括室內(nèi)AGV導(dǎo)航避障XT-L301單線導(dǎo)航掃描激光雷達(dá)；適用于戶外低溫大量程的安防型激光雷達(dá)XT-L302，用于建模掃描成像的3D激光雷達(dá)XT-LS107；同時(shí)XT-L301/XT-L302激光雷達(dá)同時(shí)具備導(dǎo)航和避障的雙重功能，更高的分辨率，每秒采樣高達(dá)86400點(diǎn)的高密度點(diǎn)云，在各大企業(yè)廣泛應(yīng)用。

行業(yè)對(duì)安全性的重視程度在不斷提高?！鞍踩窃S多物流公司的第一要?jiǎng)?wù)。激光雷達(dá)的需求增長，不僅集中在物流移動(dòng)機(jī)器人本身，也包括機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境。由于倉庫的照明條件普遍不夠理想，在光線不足的情況下，激光雷達(dá)比攝像頭更具有優(yōu)勢(shì)，可以保障倉庫安全，并且保護(hù)倉庫人員和貨物的隱私，提供定位和檢測(cè)能力。”興玄物聯(lián)科技何炆熹表示，“激光雷達(dá)是服務(wù)于安全的科技產(chǎn)品，Velodyne設(shè)計(jì)激光雷達(dá)解決方案時(shí)，始終將安全放在首位?！?/span>

面對(duì)物流移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)旺盛的需求，國內(nèi)外企業(yè)均在努力拓展市場(chǎng)。國內(nèi)企業(yè)不斷突破“卡脖子”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的升級(jí)，如Robot表示已經(jīng)具備自研自產(chǎn)激光雷達(dá)芯片的能力；國外品牌除了推出更高性價(jià)比的產(chǎn)品以外，在本地化服務(wù)方面也在進(jìn)一步努力。但總的來看，由于國外產(chǎn)品價(jià)格偏高，貨期較長，服務(wù)響應(yīng)不夠及時(shí)等因素，國產(chǎn)企業(yè)增勢(shì)更為明顯，特別是在避障型激光雷達(dá)這一品類，市場(chǎng)占比越來越高。以HIK機(jī)器人為例，據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，公司近幾年大都保持在20%～30%的穩(wěn)定增長，2022年激光雷達(dá)銷量將達(dá)到數(shù)萬套。

興玄物聯(lián)科技相關(guān)負(fù)責(zé)人也表示，隨著激光雷達(dá)技術(shù)逐漸成熟，以興玄物聯(lián)科技為代表的2D SLAM無人叉車/AGV導(dǎo)航系統(tǒng)方案已大量應(yīng)用于智慧物流市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將迎來市場(chǎng)大爆發(fā)?！皣鴥?nèi)激光雷達(dá)廠商的崛起可以加快物流移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)智能化時(shí)代的到來，芯片自研、核心關(guān)鍵元器件技術(shù)、集成化技術(shù)的突破，可以保證在產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性、一致性足夠高的前提下，控制成本，降低激光雷達(dá)售價(jià)，讓客戶可以批量投入使用，從而快速推動(dòng)物流移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。”他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展對(duì)于整個(gè)物流移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的重要作用。